1.本技术涉及工业机器人技术领域，具体涉及机器人的自动标定，尤其涉及一种关节机器人的单关节定位精度标定方法。


背景技术：

2.关节机器人的定位精度取决于很多因素，主要包括：机器人零部件的加工制造误差、机器人的传动结构误差以及机器人连杆和关节的柔性等因素。标定技术是应用先进的测量手段，辨识出机器人模型的准确参数，从而提高机器人的定位精度的方法。
3.目前，常采用基于视觉检测系统的关节机器人标定方法，该方法将工业相机安装在机器人的末端，主要通过摄像机的成像特性将需要标定的参数进行分解，建立相应的方程组，然后将离线状态下测量点的位置坐标带入，最终得到需要标定的参数。虽然上述方法建立的模型相当精确，但计算却非异常复杂，同时需要估计适当的初始条件值。例如在现有技术中，公开号为cn112720457a，公开日为2021年04月30日，发明名称为“机器人标定方法、装置、电子设备及存储介质”发明公开文本，其具体的技术方案为：本技术公开了一种机器人标定方法、装置、电子设备及存储介质。本技术的机器人标定方法包括：获取待标定机器人的第一测量数据，第一测量数据包括：待标定机器人的末端在相机坐标系上的第一像素坐标、第二像素坐标及第三像素坐标。根据第一测量数据，获取待标定机器人的第二测量数据，第二测量数据包括：待标定机器人各个关节对应的第一位置与第二位置。根据第二测量数据，计算得到标定系数。根据标定系数，标定待标定机器人的臂长与零点。本技术的机器人标定方法能够减少人为误差，提高机器人绝对定位精度。
4.上述现有技术即是采用基于视觉检测系统的关节机器人标定方法，该方法关节机器人的定位精度标定需要建立复杂的数学转换模型，得到相应的标定系数，然后根据标定系数，标定待标定机器人的臂长与零点，最终进行补偿。因此，整体数据求解模块计算复杂，数据计算量大，标定过程效率较低，且标定过程对处理器和存储器等硬件要求高。
5.针对关节机器人可以对每一关节的定位精度单独进行标定，通常在其他关节运动归零的情况下进行标定，机器人的末端位置变化相对简单，可以降低复杂的计算，提高标定效率，以建立一种有效的，快速的视觉检测系统，对关节机器人的定位精度进行标定。


技术实现要素：

6.为了克服上述现有技术中存在的问题和不足，本技术提出了一种不需要建立复杂的数学模型的关节机器人的单关节定位精度标定方法，整个标定过程简单方便。
7.为了实现上述发明目的，本技术的技术方案如下：一种关节机器人的单关节定位精度标定方法，具体包括以下步骤：s1. 将相机固定于关节机器人手部末端位置，控制关节机器人其中一个需要标定的关节转动，整个标定过程其余关节都保持在零位不动；s2. 在目标放置平面上放置一个用于标定检测的目标点，并保持其位置不变，所
述目标放置平面平行于需要标定关节的转动平面，调整相机安装位置，让相机的光轴始终垂直于目标点；s3. 将关节机器人所有的关节回到零位，相机拍下此时目标点的图像，作为零点图片；s4. 将需要标定的关节逆时针旋转到正极限位置，相机拍下此时目标点的图像；s5. 以固定的步距，使需要标定的关节向顺时针方向运动，相机拍下标定关节在每一个测量点位时目标点的图像，需要标定的关节在负极限位置停止运动，以标定去程的转动角度；s6. 继续以固定的步距，使需要标定的关节向逆时针方向运动，相机拍下标定关节在每一个测量点位时目标点的图像，需要标定的关节在正极限位置停止运动，以标定回程的转动角度；s7. 相机完成在每一个测量点位目标点的图像获取后，使用图像算法识别目标点在相机中成像的像素位置，提取所有测量点位目标点的中心坐标；s8. 利用最小二乘法将在各测量点位得到的目标点在相机中成像的中心拟合成一个圆，进而求取去程和回程过程中在各个测量点位标定关节的实际转动角度及转动角度误差。
8.s9. 重复上述步骤s1-s8直至完成关节机器人剩余关节的定位精度标定。
9.进一步地，所述使用的目标点为圆形。
10.进一步地，所述使用的目标点为正方形。
11.进一步地，通过拟合得到的圆，求取相邻两个测量点位之间的转动角度，可得到关节机器人的单步距转动角度；求取任意一个测量点位和零点图片目标点之间的转动角度，可得到关节机器人的累积转动角度。
12.进一步地，所述关节机器人每一个关节的定位精度标定均采集多组实验数据，然后将多组实验数据的平均值作为需要标定关节的实际转动角度，并最终得到转动角度误差。
13.进一步地，每次实验之前所有关节均需回到零位，相机拍下此时目标点的图像，作为零点图片。
14.进一步地，在整个关节机器人的标定过程中，需要调整目标点的放置平面，该平面始终平行于需要标定关节的转动平面，并调整相机的安装位置，始终保证相机的光轴与目标点垂直。
15.本技术的有益效果：（1）本技术在标定时，关节机器人仅一个关节转动，而其他关节保持在零位不动，通过获取在各测量点位靶标在相机中的成像情况来标定单关节的转动精度，由于不需要建立复杂的数学模型，简化了现有的标定方法中复杂的计算过程，因此本技术的整个标定过程简单、操作方便，并且还提高了标定效率。
16.（2）本技术使用的目标点（靶标）制作简单，不需要使用高精度的标定物进行标定。
17.（3）本技术标定过程对用于数据处理和存储等硬件的要求低。
附图说明
18.图1为本技术关节机器人单关节的标定原理图；图2为本技术机器人关节转动过程测量点在相机中的成像原理图；图3为本技术使用最小二乘法将各目标点靶标的中心坐标拟合成圆示意图；图4为本技术标定关节实际转动角度计算示意图。
19.附图中：1、相机；2、关节机器人；3、目标点。4、目标点在相机中成像点。
具体实施方式
20.下面结合实施例对本技术作进一步地详细说明，但本技术的实施方式不限于此。
21.实施例1本实施例公开了一种关节机器人的单关节定位精度标定方法，通过简化现有标定过程中的复杂计算来实现机器人单关节定位精度的快速标定，提高标定效率。在标定时，关节机器人仅一个关节转动，其他关节保持在零位不动，通过各测量点位目标点在相机中的成像情况，来标定单关节的转动精度，具体步骤如下：s1. 将相机1固定于关节机器人2的手部末端位置处，控制关节机器人2其中一个需要标定的关节转动，整个标定过程其余关节都保持在零位不动；s2. 在目标放置平面上放置一个用于标定检测的目标点3（即靶标），并保持其位置不变，所述目标放置平面平行于需要标定关节的转动平面，调整相机安装位置，让相机1的光轴始终垂直于目标点3；s3. 将关节机器人2所有的关节回到零位（即初始位置），相机拍下此时目标点3的图像，作为零点图片（即初始位置图片）；s4. 将需要标定的关节逆时针旋转到正极限位置，相机拍下此时目标点3的图像；s5. 以固定的步距，使需要标定的关节向顺时针方向运动，相机1拍下标定关节在每一个测量点位时目标点3的图像，需要标定的关节在负极限位置停止运动，以标定去程的转动角度；s6. 继续以固定的步距，使需要标定的关节向逆时针方向运动，相机1拍下标定关节在每一个测量点位时目标点3的图像，需要标定的关节在正极限位置停止运动，以标定回程的转动角度；s7. 相机1完成在每一个测量点位目标点3的图像获取后，使用图像算法识别目标点3在相机1中成像的像素位置，并提取所有测量点位目标点3的中心坐标；s8. 利用最小二乘法将在各测量点位得到的目标点3在相机1中成像的中心拟合成一个圆，进而求取去程和回程过程中在各个测量点位标定关节的实际转动角度及转动角度误差。
22.s9. 重复上述步骤s1-s8直至完成关节机器人2剩余关节的定位精度标定。
23.在上述标定过程中，当相机随关节机器人位置变化时，目标点在相机中的成像位置也会发生变化，且总是和相机的运动方向相反，相机的成像情况如附图1所示。
24.在本技术中，正极限位置、负极限位置以及测量点位均根据标定的精度需求进行设定，任意相邻两个测量点位之间的距离是相同的，即步距相同。
25.在本技术中，整个标定过程的重点在于目标点的识别以及目标点之间位置关系的计算，目标点残缺或在相机视野中丢失，都会影响到其相对位置的确定，因此，在标定操作过程中，应保证各指定位置拍摄的图片上目标点的完整性。
26.在本技术中，为了能让机器人在标定实验中有较大的活动范围，可以采用小焦距镜头，获得较大的视野，同时增大目标对象的面积，提高识别的准确性。
27.在本技术中，相机为工业相机ccd。
28.在本技术中，图像算法为本领域技术人员均知晓的现有技术。
29.本技术在标定时，控制关节机器人其中一个需要标定的关节转动，其他关节保持在零位不动，在关节运动至各指定的测量点位时，相机采集若干含有目标对点的图片，然后利用图像处理程序识别目标点的中心，使用最小二乘法拟合计算出各目标点中心之间的相对位置关系，进而求解出相机及关节机器人末端位置的变化，并最终实现关节机器人的单关节定位精度的标定。本技术的标定方法与现有技术相比，通过建立了一套新的视觉检测系统，由于不需要建立复杂的数学模型，整个标定过程也并不涉及复杂的计算，因此整个标定过程简单、操作方便，并且还提高了标定效率。
30.实施例2本实施例公开了一种关节机器人的单关节定位精度标定方法，在实施例1的基础上，本实施例做出了进一步的限定，具体如下：所述标定方法使用的目标点3（靶标）可以设置为圆形、正方形等几何形状规则的图形。
31.进一步地，在步骤s8中，使用图像算法识别目标点3在相机1中成像的像素位置，并提取所有测量点位目标点3成像的中心坐标，如附图4中的点1、点2、点3、点4，利用最小二乘法将各测量点位得到的目标点3在相机1中成像的中心拟合成一个圆，可以得到圆心坐标，利用三角函数关系，可以求解出对应的圆心角a、圆心角a＇以及圆心角a＇＇，通过上述圆心角角度可以计算关节机器人的单步距转动角度，即任意相邻两个测量点位之间的转动角度；进一步地，利用三角函数关系求解出圆心角b以及圆心角b＇，即可以计算关节机器人的累积转动角度，即某一个测量点位与零点图片中目标点3之间的转动角度。
32.进一步地，所述关节机器人2每一个关节的定位精度标定过程均采集多组实验数据，然后将多组实验数据的算术平均值作为需要标定关节的实际转动角度，并最终得到转动角度误差。转动角度误差具体为实际转动角度与名义转动角度(即要求的转动角度)两者之间的差值。
33.进一步地，每次标定之前所有的关节均需回到零位，相机1拍下此时目标点3的图像，作为零点图片。
34.进一步地，关节机器人有多个关节（一般为6个），在标定其中一个关节的过程中，始终保持目标点3的位置不变，而当该关节标定完成并即将开始标定下一个关节时，则需要调整目标点3的放置平面，但是该平面始终平行于需要标定关节的转动平面，并进一步调整相机1的安装位置，始终保证目标点3与相机1的光轴垂直。也就是说，标定同一个关节时，目标点3始终保持位置不变，而标定其他关节时就需要调整目标点3放置平面的位置了，该放置平面平行于需要标定关节的转动平面，并调整相机1的安装位置，始终保证目标点3与相机1的光轴垂直。
35.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
36.以上所述，仅是本技术的较佳实施例，并非对本技术做任何形式上的限制，凡是依据本技术的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本技术的保护范围之内。